الکتروشیمی و فوتوالکتروشیمی نیمهرسانا
الکتروشیمی نیمهرسانا به الکترودهایی میپردازد که افت پتانسیل سطحی و واکنشپذیری آنها توسط ناحیه بار فضایی در داخل جامد کنترل میشود و واکنشهای ناشی از نور را در سلولهای فوتوالکتروشیمیایی امکانپذیر میسازد.
Definition
الکتروشیمی الکترودهای نیمهرسانا، که در آن یک ناحیه بار فضایی در داخل جامد انتقال بار را کنترل میکند، و در آن نورپردازی میتواند حاملهای بار را تولید کند که واکنشهای الکترودی را به پیش میبرند.
Scope
این موضوع رفتار متمایز الکترودهای نیمهرسانا را پوشش میدهد: لایه بار فضایی و خمش باند، پتانسیل باند تخت و تعیین آن با تحلیل موت-شاتکی، نقش باندهای رسانش و ظرفیت در انتقال الکترون، و فوتوالکتروشیمی که در آن نور جذب شده حاملهایی را تولید میکند که اکسیداسیون یا کاهش را به پیش میبرند. این شامل کاربردها در شکافت آب خورشیدی و سلولهای حساس به رنگ میشود.
Core questions
- یک الکترود نیمهرسانا چگونه در توزیع پتانسیل سطحی خود با یک فلز تفاوت دارد؟
- پتانسیل باند تخت و خمش باند چیست و چگونه اندازهگیری میشوند؟
- نور جذب شده چگونه حاملهایی را تولید میکند که واکنشهای الکتروشیمیایی را به پیش میبرند؟
- سلولهای فوتوالکتروشیمیایی چگونه نور را به انرژی شیمیایی یا الکتریکی تبدیل میکنند؟
Key theories
- لایه بار فضایی و خمش باند
- از آنجا که یک نیمهرسانا حاملهای متحرک کمی دارد، بخش عمدهای از افت پتانسیل سطحی در داخل جامد به عنوان یک ناحیه بار فضایی رخ میدهد؛ خمش باند حاصله، انرژی و جهت انتقال بار را کنترل میکند که از طریق نمودارهای موت-شاتکی تحلیل میشود.
- تولید حامل فوتوالکتروشیمیایی
- نور با انرژی بالاتر از گاف باند، جفتهای الکترون-حفره ایجاد میکند؛ میدان بار فضایی آنها را جدا میکند تا حاملهای اقلیت واکنشهای ردوکس سطحی را به پیش ببرند، که اساس شکافت آب فوتوالکتروشیمیایی و سلولهای خورشیدی است.
Clinical relevance
الکتروشیمی نیمهرسانا زیربنای تولید سوخت خورشیدی فوتوالکتروشیمیایی، از جمله شکافت آب برای تولید هیدروژن، سلولهای حساس به رنگ و سایر سلولهای خورشیدی، تصفیه محیط زیست فوتوکاتالیستی، و حکاکی و پردازش نیمهرساناها در ساخت الکترونیک است.
History
گریشر نظریه انتقال بار در الکترودهای نیمهرسانا را در دهه ۱۹۶۰ توسعه داد؛ نمایش شکافت آب فوتوالکتروشیمیایی توسط فوجیشیما و هوندا در سال ۱۹۷۲ بر روی دیاکسید تیتانیوم، تحقیقات گستردهای را در زمینه سوختهای خورشیدی و فوتوالکتروشیمی آغاز کرد.
Key figures
- Akira Fujishima
- Kenichi Honda
- Heinz Gerischer
- Rüdiger Memming
Related topics
Seminal works
- fujishima1972
- memming2015
- bard2001
Frequently asked questions
- چرا الکترودهای نیمهرسانا میتوانند به نور پاسخ دهند در حالی که الکترودهای فلزی معمولاً این کار را نمیکنند؟
- گاف باند یک نیمهرسانا به آن اجازه میدهد تا نور را جذب کرده و جفتهای الکترون-حفره ایجاد کند، و میدان بار فضایی داخلی آن، آنها را جدا میکند تا واکنشهای سطحی را به پیش ببرند، در حالی که الکترونهای آزاد فراوان یک فلز، انرژی جذب شده را به صورت گرما بدون جداسازی بار پایدار آزاد میکنند.
- پتانسیل باند تخت چیست؟
- این پتانسیل الکترودی است که در آن هیچ خمش باندی و هیچ میدان بار فضایی در نیمهرسانا وجود ندارد؛ این یک کمیت مرجع کلیدی است که معمولاً از نقطه تقاطع نمودار موت-شاتکی به دست میآید.